也谈干簧管的使用

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如何正确地使用干簧管这个轻巧的开关元件,是许多搞技术革新的同志所关心的问题。

大家知道,在使用干簧管的时候,大多是用以下两种驱动方式:(1)用永久磁铁(磁钢)进行驱动;(2)用通电线圈进行驱动。第一种方式多用于自动巡回检测系统、自动控制系统等装置,并多以接近开关、按钮开关、琴键开关以及行程开关等形式出现。用第二种驱动方式,则把干簧管和通电线圈组成继电器的型式,极大数量地用于半电子(也有叫准电子的)电话交换机、程序控制电话交换机和各种自动控制装置中。

1.永久磁铁驱动的讨论

只要我们注意选取永久磁铁的材料、形状、体积大小并在强磁场下完满地充磁,同时有效地变动磁钢与干簧管两者的相对位置和距离,就可以达到让干簧管作为开关来启闭电路的目的。

用磁钢来驱动干簧管的形式很多,我们仅举下面四种基本形式供参考:

图1
图1 🔍原图 (798×805)

(1)往复运动—见图1、(a)、(b)

(2)旋转式—见图1(c)

(3)磁偏磁式—见图1(d)

(4)磁屏蔽式—见图1(e)

理论上用磁钢来驱动干簧管的动作区域见图2,图上坐标X、Y表示磁钢和干簧管的相对位置。我厂对几种干簧管作了这方面的实验,图3给出了这些实验曲线,但由于种种因素,给出的曲线所指示的数值不一定准确,不过可供使用者在选用干簧管和磁钢时参考。

图2
图2 🔍原图 (1109×381)
图3
图3 🔍原图 (1056×1536)

在使用永久磁铁来作驱动能源时,应特别注意避免外磁场的干扰。这个干扰磁场可能来源于通电线圈,也可能就是磁钢本身。例如用同一块较大的磁钢去驱动两根靠得较近的干簧管其中的一根时,此时如两根干簧管间未加磁屏蔽,就有可能使两根干簧管同时接通而达不到分别控制的目的。图3(d)给出了如何用铁磁材料根据不同情况制成不同的形状来作屏蔽的例子:对于同一块磁钢和同一只干簧管,当不加铁板时(铁磁材料,用厚1.6毫米的电工纯铁板、长度不小于干簧管包括引线在内的长度),吸合距离为11毫米,当两边加上两块铁板时,吸合距离就缩短到2毫米。可见铁磁材料不但可以有效地作屏蔽,还有提高“灵敏度”的作用。所以只要我们注意选取磁钢的几何形状,屏蔽层的形状和尺寸,并使两者保持适当的距离,就可以使磁钢成功地控制干簧管群,使它们都只在磁钢接近它时一次成功可靠地工作。

(注:磁钢通过干簧管时,干簧管最多可动作三次。)

2.用通电线圈驱动的讨论

在干簧管外面缠上通电线圈,便是大家熟悉的干簧继电器。干簧管可以放在线圈的内部,也可以布放在线圈外部,如图4所示。

图4
图4 🔍原图 (843×297)

(1)用干簧继电器时,它的工作安匝数取值最好为吸合安匝值的1.5~2.5倍。否则对吸合时间、释放时间、触点抖动时间、接触电阻等参数都有一定的影响,造成不稳定或数值偏大。

(2)尽管生产厂已对出厂的干簧管按吸合安匝分选成几级,但在大多数情况下这种分选是级进式的,例如分成10~15AW一档、15~20AW一档、20~25AW、 25~30AW以及>35AW等,因此假如在同一线圈中放了几只干簧管,那么即使这些管子是属同一分选级的,也会在同一安匝下出现工作的不同步,这种不同步现象尤其在电流或电压极其缓慢地上升或下降时表现得特别明显,因此线圈电流或电压最好是快速地升降以免造成触点工作的不同步。

(3)继电器连续工作时,线圈温度将升高,致使线圈电阻增加,通过其中的电流势必随之减少;同时电网电压随着用电负荷的不同,也在一定范围内波动,因此,实际上线圈内电流值是在变化的,所以它的安匝数也在变化。为了确保干簧继电器准确动作,就要知道温度与允许电压变化之间的关系,它们的定性分析曲线如图5所示。

图5
图5 🔍原图 (625×293)
图6
图6 🔍原图 (459×397)
图7
图7 🔍原图 (549×430)

图6、图7分别定性地绘出了干簧继电器驱动功率和时间特性的关系,以及它和触点压力的关系。从图中可见,过大的驱动功率会使触点因相互撞击而引起抖动加剧,加速由于撞击、火花等原因引起的触点磨损和电腐蚀,此外,还会使其触点的接触压力较之在吸合安匝下的接触压力相比有所损失。这样,在几倍的吸合功率作用下,由于上述原因使干簧管在开断高电平负载时,加速触点的机械磨损和电腐蚀现象,大大地减少了干簧管的使用期限。

(4)如果所用的直流电源是由交流经过整流而得的,对整流后的纹波系数应要求在0.3~0.5%范围内为好,过大的纹波系数会使干簧管的动作不稳定。

图8
图8 🔍原图 (680×354)

(5)线圈的磁场强度分布,在它的轴向中心处最强,越靠往线圈的两端,其磁场强度越弱,因此,最好把干簧管放在线圈的中心处,如图8所示。如果放偏了会有多大的影响呢?我们介绍下面一组数据(见下表)供参考(干簧管属φ4的一种)。

两几何中心线差距 干簧管的吸合安匝数值 干簧管的释放安匝数值

(单位毫米) (单位安匝) (单位安匝)

0 39.5 14.0

1.588 42.5 14.5

3.175 51.5 16.5

4.763 69.0 19.5

6.350 104.0 24.0

从这里不难看出,随着管子在线圈内轴向位移程度的增加其吸合安匝与释放安匝值都相应增加。此外还需指出,干簧管的引线端子长度对其灵敏度也很有影响,这一点也须注意。

图9
图9 🔍原图 (371×444)

还有一个问题就是干簧触点的保护问题,这个问题除制造厂在工艺上采取有效措施进行控制外(如充以纯的惰性气体,使用良好的贵金属电镀其触点等等),用户应在控制线路允许的情况下,采取保护触点的灭火花线路,常见的几种线路型式如图9所示,其中各参数值的选取可参见本刊1977年第9期封三的计算图表。

附干簧继电器驱动功率和吸合安匝的关系:

P\(_{吸}\)=\(\frac{(AW)}{^{2}}\)吸G\(_{c}\)

式中P\(_{吸}\)代表继电器驱动功率,(AW)吸代表继电器吸合安匝,G\(_{c}\)代表线圈常数。(任人)